一种图像边缘检测器、检测方法、电子设备、介质

技术领域

本发明属于半导体与集成电路技术领域，尤其涉及一种图像边缘检测器、检测方法、电子设备、介质。

背景技术

图像边缘检测技术是图像分割、目标识别、区域形态提取等图像分析领域中十分重要的基础。为了得到较好的边缘效果，现在已经发展了很多边缘检测算子，包括基于一阶导数的Roberts算子、Sobel算子、Prewitt算子，基于二阶导数的Canny算子、LOG算子等，然而这些边缘检测算子大多需要进行卷积运算、微分运算、梯度处理等复杂的操作，导致数据计算量较大。同时，传统的图像检测器，其数据储存单元与数据处理单元往往是分离的，数据传输处理导致较高的功耗和较大的硬件开销，对高能效图像数据处理十分不友好。

发明内容

针对现有图像边缘检测器存在的问题，本发明提供了一种图像边缘检测器、检测方法、电子设备、介质。

第一方面，本发明实施例提供了一种图像边缘检测器，包括：若干层存算一体晶体管NAND阵列；每一层存算一体晶体管NAND阵列由n行×m列存算一体晶体管级联而成；

同一列不同层之间的存算一体晶体管共用一条匹配线；

每一层存算一体晶体管NAND阵列同一行不同列之间的存算一体晶体管共用一条搜索线，存算一体晶体管T

每一层存算一体晶体管NAND阵列同一列不同行之间的存算一体晶体管共用一条位线，存算一体晶体管T

每列中第一存算一体晶体管T

将每列中相邻的两个存算一体晶体管作为一图像检测单元。

第二方面，本发明实施例提供了一种图像边缘检测方法，基于上述图像边缘检测器实现，所述方法包括：

在图像边缘检测器中预存边缘特征值；

获取待匹配图像；通过SUSAN模板遍历待匹配图像，得到待匹配图像中每个像素点对应的灰度差值；

将待匹配图像中每个像素点对应的灰度差值与预定义的灰度差阈值进行比较，得到待匹配图像中每个像素点对应的图像特征值；

将两图像特征值为一组写入图像边缘检测器，与图像边缘检测器中预存的边缘特征值进行比较，得到待匹配图像的边缘信息。

进一步地，在图像边缘检测器中预存边缘特征值包括：

向每个图像检测单元中的存算一体晶体管的栅极输入不同的脉冲电压以对存算一体晶体管的阈值电压进行调置，以实现在图像边缘检测器中预存边缘特征值；

所述边缘特征值由0与1组成，1表示像素同质区，0表示像素异质区。

进一步地，向每个图像检测单元中的存算一体晶体管的栅极输入不同的脉冲电压以对存算一体晶体管的阈值电压进行调置，以实现在图像边缘检测器中预存边缘特征值包括：

设置第一脉冲电压、第二脉冲电压、第三脉冲电压、第四脉冲电压；其中，第一脉冲电压＞第二脉冲电压＞第三脉冲电压＞第四脉冲电压；

将图像检测单元中的第一存算一体晶体管的阈值电压调置为第四脉冲电压，图像检测单元中的第二存算一体晶体管的阈值电压调置为第一脉冲电压，则实现在图像检测单元存入“00”边缘特征值；

将图像检测单元中的第一存算一体晶体管的阈值电压调置为第三脉冲电压，图像检测单元中的第二存算一体晶体管的阈值电压调置为第二脉冲电压，则实现在图像检测单元存入“01”边缘特征值；

将图像检测单元中的第一存算一体晶体管的阈值电压调置为第二脉冲电压，图像检测单元中的第二存算一体晶体管的阈值电压调置为第三脉冲电压，则实现在图像检测单元存入“10”边缘特征值；

将图像检测单元中的第一存算一体晶体管的阈值电压调置为第一脉冲电压，图像检测单元中的第二存算一体晶体管的阈值电压调置为第四脉冲电压，则实现在图像检测单元存入“11”边缘特征值；

将图像检测单元中的第一存算一体晶体管的阈值电压调置为第四脉冲电压，图像检测单元中的第二存算一体晶体管的阈值电压调置为第四脉冲电压，则实现在图像检测单元存入“xx”边缘特征值；其中，“x”表示模糊特征值，当图像特征值与图像边缘检测器中预存的边缘特征值进行比较时，预存的边缘特征值“xx”与写入的图像特征值“00”、“01”、“10”或“11”均可以匹配成功。

进一步地，通过SUSAN模板遍历待匹配图像，得到待匹配图像中每个像素点对应的灰度差值包括：

获取SUSAN模板中心交叉处的像素点、以及每个SUSAN模板非中心交叉处的像素点；所述SUSAN模板采用十字形模板，由a个横向像素和a个纵向像素中心交叉而成，a为正整数；

计算每一SUSAN模板内每一SUSAN模板非中心交叉处的像素点与中心交叉处的像素点的差值，得到待匹配图像中每个像素点对应的灰度差值。

进一步地，将待匹配图像中每个像素点对应的灰度差值与预定义的灰度差阈值进行比较，得到待匹配图像中每个像素点对应的图像特征值包括：

当待匹配图像中像素点对应的灰度差值小于等于预定义的灰度差阈值时，则当前的像素点对应的图像特征值为1；

当待匹配图像中像素点对应的灰度差值大于预定义的灰度差阈值时，则当前的像素点对应的图像特征值为0。

进一步地，将两图像特征值为一组写入图像边缘检测器，与图像边缘检测器中预存的边缘特征值进行比较，得到待匹配图像的边缘信息包括：

以两图像特征值为一组，将多组图像特征值通过搜索线以并行方式与图像边缘检测器中预存的边缘特征值进行比较；

根据每条匹配线的电流大小来判断是否为图像边缘；包括：当图像特征值与图像边缘检测器中预存的边缘特征值匹配时，当前匹配线的电流达到极大值；当图像特征值与图像检测器中预存的边缘特征值不匹配时，当前匹配线的电流几乎为0。

进一步地，将两图像特征值为一组写入图像边缘检测器的过程包括：

设置图像检测单元中第一存算一体晶体管对应的第一栅极输入电压，第二存算一体晶体管对应的第二栅极输入电压；

其中，图像边缘检测器中每一图像检测单元中的第一栅极输入电压与第二栅极输入电压之和为定值。

第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器与所述处理器耦接；其中，所述存储器用于存储程序数据，所述处理器用于执行所述程序数据以实现上述的图像边缘检测方法。

第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述的图像边缘检测方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供了一种图像边缘检测器以及图像边缘检测方法，在图像边缘检测方法中SUSAN模板无需进行卷积操作，得到灰度差值及图像特征值，将两图像特征值为一组写入图像边缘检测器，与图像边缘检测器中预存的边缘特征值进行比较，得到待匹配图像的边缘信息；使得图像边缘检测器可直接在存储图像传感数据的基础上直接进行信息处理和决策，不需要将数据传输到其他处理单元上，配合无需卷积运算的SUSAN模板和特征匹配方法，提高了图像数据处理效率和硬件资源利用率，实现更高效、实时、安全和保护隐私的应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的基于存算一体晶体管的图像边缘检测器的示意图；

图2为本发明实施例提供的图像边缘检测方法的示意图；

图3为本发明实施例提供的图像边缘检测器和边缘特征值预存的示意图；

图4为本发明实施例提供的SUSAN模板的示意图；

图5为本发明实施例提供的待匹配图像及图像特征值的示意图；

图6为本发明实施例提供的图像特征值和预存边缘特征值的比对结果图；

图7为本发明实施例提供的一种电子设备的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施案例仅仅是本发明中多个可能实施例中的一部分实施例，而不是全部的实施例，旨在提供对本发明的基本了解，并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的其他实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者是为对本发明技术方案的限定或限制。

如图1所示，本发明提供了一种基于存算一体晶体管的图像边缘检测器，由若干层存算一体晶体管NAND阵列三维垂直堆叠而成；每一层存算一体晶体管NAND阵列由n行×m列存算一体晶体管级联而成；

同一列不同层之间的存算一体晶体管共享同一条匹配线ML

每一层存算一体晶体管NAND阵列同一行不同列之间的存算一体晶体管共用一条搜索线SL

每一层存算一体晶体管NAND阵列同一列不同行之间的存算一体晶体管共用一条位线BL

每列中第一存算一体晶体管T

将每列中相邻的存算一体晶体管作为一图像检测单元。

需要说明是，通过设计图像边缘检测器，使得与该图像边缘检测器规模一般大的图像边缘特征可以在一个周期内搜索完成，大大提高了数据检索效率。

如图2所示，本发明实施例提供了一种图像边缘检测方法，基于上述的基于存算一体晶体管的图像边缘检测器实现，所述方法具体如下：

步骤S1，在基于存算一体晶体管的图像边缘检测器中预存边缘特征值。

进一步地，所述边缘特征值由0与1组成，1表示像素同质区，0表示像素异质区；通过向每个图像检测单元中的存算一体晶体管的栅极输入不同的脉冲电压实现对存算一体晶体管阈值电压的调控，从而实现不同边缘特征值0或1的存入。

参见图3，为本发明的实施例的小规模图像边缘检测器和边缘特征值预存示意图；通过在存算一体晶体管的栅极输入不同的脉冲电压调整阈值状态以实现在不同检测单元中存入图像边缘特征值。

通过向存算一体晶体管栅极输入不同的脉冲电压实现四个阈值状态：第一脉冲电压V

每一个图像检测单元可以实现5种边缘特征值的存储，具体定义如下：

将图像检测单元中的第一存算一体晶体管的阈值电压调置为第四脉冲电压V

将图像检测单元中的第一存算一体晶体管的阈值电压调置为第三脉冲电压V

将图像检测单元中的第一存算一体晶体管的阈值电压调置为第二脉冲电压V

将图像检测单元中的第一存算一体晶体管的阈值电压调置为第一脉冲电压V

将图像检测单元中的第一存算一体晶体管的阈值电压调置为第四脉冲电压V

示例性地，将第一脉冲电压V

将T

将T

将T

将T

将T

将T

将T

将T

参见图3，图3示出了本发明的实施例的图像边缘特征值，使得边缘特征值F共有4组，分别为第一边缘特征值F1（00xx），第二边缘特征值F2（xx00），第三边缘特征值F3（0111），第四边缘特征值F4（1110）。

步骤S2，获取待匹配图像；通过SUSAN模板遍历待匹配图像，得到待匹配图像中每个像素点对应的灰度差值。

参见图4，图4示出了本发明的实施例的SUSAN模板，所述SUSAN模板采用十字形模板，由a个横向像素和a个纵向像素中心交叉而成，a为正整数；在本实例中，设置a=5，由5个横向像素和5个纵向像素中心交叉而成，十字形模板中心交叉处的像素点为P

灰度差=|P

步骤S3，将待匹配图像中每个像素点对应的灰度差值与预定义的灰度差阈值进行比较，得到待匹配图像中每个像素点对应的图像特征值；

具体地，当对应像素点的灰度差值小于等于灰度差阈值TH时，则该像素点被识别为同质点，其图像特征值I

本实施例中，灰度差阈值TH取20，计算所得的部分图像特征值参见图5。

步骤S4，将两图像特征值为一组写入图像边缘检测器，与图像边缘检测器中预存的边缘特征值进行比较，得到待匹配图像的边缘信息。

具体地，设置图像检测单元中第一存算一体晶体管对应的第一栅极输入电压V

以两个图像特征值为一组，将多组图像特征值通过搜索线SL

其中，V

示例性地，根据本实施例存算一体晶体管特性，V

需要说明的是，所述图像特征值的数据规模可以和图像检测器的规模适配，多个图像特征值可以一次在不同层的图像检测器中并行进行搜索匹对，实现高并行图像边缘检索。

本说明书还提供了一种计算机可读存储介质，该存储介质存储有计算机程序，计算机程序可用于执行上述数据同步的方法。

本说明书还提供了图7所示的电子设备的示意结构图。如图7所述，在硬件层面，该电子设备包括处理器、内部总线、网络接口、内存以及非易失性存储器，当然还可能包括其他业务所需要的硬件。处理器从非易失性存储器中读取对应的计算机程序到内存中然后运行，以实现上述数据同步的方法。

当然，除了软件实现方式之外，本说明书并不排除其他实现方式，比如逻辑器件抑或软硬件结合的方式等等，也就是说以下处理流程的执行主体并不限定于各个逻辑单元，也可以是硬件或逻辑器件。

在20世纪90年代，对于一个技术的改进可以很明显地区分是硬件上的改进（例如，对二极管、晶体管、开关等电路结构的改进）还是软件上的改进（对于方法流程的改进）。然而，随着技术的发展，当今的很多方法流程的改进已经可以视为硬件电路结构的直接改进。设计人员几乎都通过将改进的方法流程编程到硬件电路中来得到相应的硬件电路结构。因此，不能说一个方法流程的改进就不能用硬件实体模块来实现。例如，可编程逻辑器件（Programmable Logic Device, PLD）（例如现场可编程门阵列（Field ProgrammableGateArray，FPGA））就是这样一种集成电路，其逻辑功能由用户对器件编程来确定。由设计人员自行编程来把一个数字系统“集成”在一片PLD上，而不需要请芯片制造厂商来设计和制作专用的集成电路芯片。而且，如今，取代手工地制作集成电路芯片，这种编程也多半改用“逻辑编译器（logic compiler）”软件来实现，它与程序开发撰写时所用的软件编译器相类似，而要编译之前的原始代码也得用特定的编程语言来撰写，此称之为硬件描述语言（Hardware Description Language，HDL），而HDL也并非仅有一种，而是有许多种，如ABEL（Advanced Boolean Expression Language）、AHDL（Altera HardwareDescriptionLanguage）、Confluence、CUPL（Cornell University ProgrammingLanguage）、HDCal、JHDL（Java Hardware Description Language）、Lava、Lola、MyHDL、PALASM、RHDL（RubyHardware Description Language）等，目前最普遍使用的是VHDL（Very-High-SpeedIntegrated Circuit Hardware Description Language）与Verilog。本领域技术人员也应该清楚，只需要将方法流程用上述几种硬件描述语言稍作逻辑编程并编程到集成电路中，就可以很容易得到实现该逻辑方法流程的硬件电路。

控制器可以按任何适当的方式实现，例如，控制器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该（微）处理器执行的计算机可读程序代码（例如软件或固件）的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式，控制器的例子包括但不限于以下微控制器：ARC 625D、Atmel AT91SAM、Microchip PIC18F26K20 以及Silicone Labs C8051F320，存储器控制器还可以被实现为存储器的控制逻辑的一部分。本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本说明书时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

本领域内的技术人员应明白，本说明书的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本说明书可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本说明书是参照根据本说明书实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员应明白，本说明书的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本说明书可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本说明书可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本说明书，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本说明书的实施例而已，并不用于限制本说明书。对于本领域技术人员来说，本说明书可以有各种更改和变化。凡在本说明书的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书的权利要求范围之内。